KR101908703B1 - 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 회절회절광학소자 등의 마이크로(Micro)/나노(Nano) 스케일의 미세패턴 형성을 위한 절삭가공에 사용되는 단결정 다이아몬드 공구의 초미세 크기 절삭날 샤프니스(edge sharpness) 가공성을 향상시킨 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 관한 것으로,
본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법은, 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 초정밀 연삭기를 이용하여 소정형상의 단결정 다이아몬드 공구의 전방을 소정폭으로 뾰족하게 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공하고, 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공한 상기 단결정 다이아몬드 공구의 전방 좌, 우측을 각각 다시 'C'자 형상으로 연삭 가공하는 초기 성형 연삭단계; 상기 초기 성형 연삭단계를 거친 상기 단결정 다이아몬드 공구의 상측면에 진공증착방법을 이용해 소정 두께의 금속보호층을 형성하는 보호층 형성단계; 상기 보호층 형성단계를 통해 상측면에 금속보호층이 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구에 집속이온빔(Focused Ion Beam)을 조사하여 소정폭으로 돌출되게 절삭날을 가공하는 절삭날 가공단계; 및, 상기 절삭날 가공단계를 통해 소정폭으로 돌출되게 절삭날이 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구를 소정온도로 가열하여 상기 단결정 다이아몬드 공구의 상측면에 형성된 금속보호층을 소정량 제거하는 보호층 가열 제거단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법{Forming method of diamond tool for cutting}

본 발명은 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 회절광학소자 등의 마이크로(Micro)/나노(Nano) 스케일의 미세패턴 형성을 위한 절삭가공에 사용되는 단결정 다이아몬드 공구의 초미세 크기 절삭날 샤프니스(edge sharpness) 가공성을 향상시킨 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로 집속이온빔(Focused Ion Beam : FIB)은 미세하게 오버랩(Overlap)시킨 이온빔을 이용하여 반도체, 금속 고분자 재료 등의 시료를 가공하는 장치로서, 본래 전자현미경 관찰을 할때 특징 부위의 단면 가공 또는 시료를 두께 100nm 정도로 박판화하기 위한 시료의 전 처리 장치로서 이용하여 왔다.

최근 집속이온빔 장치는 이온빔의 스폿(spot) 직경이 미세화되어 나노 크기의 가공을 할 수 있게 되었으며, 가공형상 기능으로서는 직선, 사각형, 원형과 자유곡선 등 임의의 형상 가공뿐만 아니라 화상 데이터인 비트맵 데이터에 의한 가공 등과 같은 임의의 한 점에 대한 빔 조사 시간을 제어할 수 있는 등 차세대 3차원 형상을 가진 마이크로 나노 금형의 제작 등에 활용되고 있는 실정이다.

이러한 집속이온빔(FIB)을 이용한 가공의 경우, 종래 다른 가공 툴과는 구별되는 가공 특성이 있는데, 집속된 이온빔의 직경이 크면 에너지가 크기 때문에 가공량이 크며 직경이 작으면 가공량도 적어지는 특성이 있고, 가공시 집속이온빔과 표면과의 충돌각도의 차이에 따라 제거량의 변화하고 제거된 재료의 제거방향에 따라 가공량이 달라지는 특성이 있으며, 또한, 이온빔의 축방향 에너지가 공간적으로 가우시안(Gaussian) 분포를 하기 때문에 가공 후에는 표면에 가우시안 형상의 윤곽을 나타내는 특성으로 인해 집속이온빔의 가공시 표면에 미세 그루브 형상이 나타나며, 직각의 형상 가공에서는 직각도와 같은 형상 공차를 맞추기가 어렵다.

이에, 등록특허 제10-0503002호(발명의 명칭:'집속이온빔에 의한 3차원 초미세 형상 가공방법')에서는, 가우시안 분포를 갖는 집속이온빔과, 피삭재를 틸팅(Tilting) 또는 스위블링(Swiveling)시켜 집속이온빔의 충돌각도가 일정하도록 제어하는 제어기를, 연계하여 가공하도록 하고 있으나, 깊이가 깊고 공구 단부의 폭이 수마이크로 미터로 좁은 미세 패턴 형상 가공을 위한 절삭날 공구의 형상 가공시 정밀한 직각도(edge sharpness)로 공구를 가공하기 어려운 문제점이 있으며,

등록특허 제10-0691749호(발명의 명칭:'3차원 형상을 갖는 초미세노즐 제조방법')에서는, 집속이온빔에서 집속된 이온과 가스공급장치에서 균일하게 공급되는 가스와의 반응을 이용하여 공작물상에 미세층을 증착시키며 쌓아 가는 방법으로 3차원 형상을 수 나노에서 수십 마이크로미터급까지의 노즐을 제작할 수 있도록 하고 있으나, 수 마이크로미터급 공구를 제작하기에 장시간이 소요되고, 초정밀 절삭날 형상에서 요구되는 직각도(edge sharpness)를 만족시키지 못하는 문제점이 있으며, 제조 공구의 내마모성이 약해 회절광학소자 등에 이용되는 미세패턴 형성을 위한 절삭가공용 공구로 활용하기에 적합하지 못한 문제점이 있다.

또한, 다이아몬드 공구의 절삭날 단부 직각도를 향상시키기 위해 다이아몬드 공구의 상측면에 금속보호층을 증착시킨 후, 집속이온빔을 조사하여 절삭날을 성형 가공하는 경우에, 절삭날을 성형 가공 후, 상기 절삭날 상측면에 증착시킨 금속보호층을 제거하여야 하는데, 종래 그라운드 연삭기를 사용해 금속보호층을 제거하는 경우에는 나노 스케일의 폭으로 형성되는 초미세 절삭날이 그라운드 연삭기의 회전 연삭 중 빈번하게 파손되는 문제점이 있으며, 메탈 에칭(Metal etching) 작업으로 제거하는 경우에도 금속보호층을 완전하게 박리 제거하지 못하고 일부 금속보호층이 남아있게 되는 문제점이 있다.

등록특허 제10-0503002호(발명의 명칭:'집속이온빔에 의한 3차원 초미세 형상 가공방법') 등록특허 제10-0691749호(발명의 명칭:'3차원 형상을 갖는 초미세노즐 제조방법')

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 회절광학소자 등의 마이크로(Micro)/나노(Nano) 스케일의 미세패턴 형성을 위해 장시간 반복적으로 절삭가공할 수 있도록 내마모성이 우수한 단결정 다이아몬드 공구에 초미세 크기의 형상을 용이하게 가공할 수 있도록 하고, 단결정 다이아몬드 공구의 형상 가공에 소요되는 시간을 최소화할 수 있도록 하며, 수 마이크로미터급 미세패턴를 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위해 절삭용 공구의 절삭날 직각도(edge sharpness) 가공성을 향상시킬 수 있도록 하고,

또한, 집속이온빔 가공을 위해 다이아몬드 공구의 상측면에 증착되는 금속보호층을 용이하게 제거할 수 있게 하여 금속보호층 제거 과정에서 발생되는 가공 실패율을 최소화하고, 절삭가공용 다이아몬드 공구의 제작 비용을 절감할 수 있도록 하며, 절삭가공용 다이아몬드 공구를 사용한 절삭가공의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한다.

상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 초정밀 연삭기를 이용하여 소정형상의 단결정 다이아몬드 공구의 전방을 소정폭으로 뾰족하게 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공하고, 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공한 상기 단결정 다이아몬드 공구의 전방 좌, 우측을 각각 다시 'C'자 형상으로 연삭 가공하는 초기 성형 연삭단계; 상기 초기 성형 연삭단계를 거친 상기 단결정 다이아몬드 공구의 상측면에 진공증착방법을 이용해 소정 두께의 금속보호층을 형성하는 보호층 형성단계; 상기 보호층 형성단계를 통해 상측면에 금속보호층이 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구에 집속이온빔(Focused Ion Beam)을 조사하여 소정폭으로 돌출되게 절삭날을 가공하는 절삭날 가공단계; 및, 상기 절삭날 가공단계를 통해 소정폭으로 돌출되게 절삭날이 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구를 소정온도로 가열하여 상기 단결정 다이아몬드 공구의 상측면에 형성된 금속보호층을 소정량 제거하는 보호층 가열 제거단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법을 제공한다.

본 발명의 일 형태에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 상기 보호층 가열 제거단계를 거친 후, 상기 다이아몬드 공구의 상측면에 소정량 남아있는 금속보호층을 메탈 에칭(Metal etching)으로 제거하고, 상기 메탈 에칭 작업 후에는 정반 연마기를 통해 소정폭으로 돌출 형성된 상기 절삭날의 상측면에 남아 있는 금속보호층을 완전히 제거하면서 상기 절삭날의 상측면을 다듬는 절삭날 연마단계;를 더 포함하여 구성될 수 있고,

바람직하게는, 상기 절삭날 연마단계에서, 상기 메탈 에칭 작업 후, 상기 절삭날을 정반 연마기로 연마 작업을 하기 전에, 상기 절삭날의 전방 단부에서 후방으로 소정거리 이격된 위치의 상기 절삭날 상측면을 하측으로 소정각도 경사지게 연삭 가공하고, 상기 절삭날 후방의 상측면을 하측으로 소정각도 경사지게 연삭 가공한 후에 상기 정반 연마기를 통해 상기 절삭날의 전방 상측면에 남아 있는 금속보호층을 완전히 제거하면서 상기 절삭날의 전방 상측면을 다듬을 수 있다.

본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법은, 회절광학소자 등의 마이크로(Micro)/나노(Nano) 스케일의 미세패턴 형성을 위해 장시간 반복적으로 절삭가공할 수 있는 내마모성이 우수한 단결정 다이아몬드 공구에 초미세 크기의 형상을 용이하게 가공할 수 있고, 단결정 다이아몬드 공구의 형상 가공에 소요되는 시간을 최소화할 수 있으며, 수 마이크로미터급 미세패턴를 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위해 절삭용 공구의 절삭날 직각도(edge sharpness) 가공성을 향상시킬 수 있고,

또한, 집속이온빔 가공을 위해 다이아몬드 공구의 상측면에 증착되는 금속보호층을 용이하게 제거할 수 있어 종래 연삭 가공을 통한 금속보호층 제거 과정에서 빈번하게 발생 되는 가공 실패율을 최소화할 수 있으며, 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공 비용을 절감할 수 있고, 절삭가공용 다이아몬드 공구를 사용한 절삭가공의 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법의 단계를 나타내는 가공 순서도;
도 2a 및 2b는 각각, 단결정 다이이아몬드 공구를 집속이온빔 가공을 위한 V-type Bite로 형성한 것을 나타내는 평면도 및, 전방 좌, 우측을 C-type Bite으로 형성된 단결정 다이아몬드 공구를 집속이온빔으로 가공할 스케쥴을 나타내는 참고도;
도 3은 종래 금속보호층이 없는 단결정 다이아몬드 공구에 집속이온빔을 조사하여 절삭날 가공을 한 것을 나타내는 참고도;
도 4a 및 4b는 각각, 보호층 형성단계를 통해 단결정 다이아몬드 공구의 상측면에 금속보호층이 형성된 것을 나타내는 단면도;
도 5a 및 5b는 각각, 연삭 성형단계 후 집속이온빔 가공단계의 집속이온빔 조사방법에 있어서, 레스터 스캔(Raster Scan)을 통한 집속이온빔 조사 방법 및, 벡터 스캔(Vector Scan)을 통한 집속이온빔 조사 방법을 나타내는 가공 상태도;
도 6a 및 6b는 각각, 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법을 통해 가공된 절삭가공용 단결정 다이아몬드 공구의 최종 형상을 나타내는 평면도 측면도 사시도 및, 절삭날 가공단계 후, 단결정 다이아몬드 공구의 실제 절삭날을 나타내는 참고도;
도 7은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 금속보호층이 형성된 다이아몬드 공구를 나타내는 참고도;
도 8은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 가열 및 메탈 에칭 공정을 통해 금속보호층이 일부 제거된 것을 다이아몬드 공구의 전방 단부를 나타내는 참고도;
도 9는 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 절삭날 연마단계가 추가되는 것을 나타내는 가공 순서도;
도 10은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 메탈 에칭 공정 후, 정반 연마기 공정 전에, 연삭 가공을 통해 절삭날의 후방 상측면을 소정각도 하향 경사지게 연마가공하는 것을 나타내는 다이아몬드 공구의 단면도; 및,
도 11은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서, 정반 연마기 공정을 통해 금속보호층이 모두 제거된 것을 다이아몬드 공구의 전방 단부를 나타내는 참고도;이다.

이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법의 단계를 나타내는 블럭도이고, 도 2a 및 2b는 각각, 단결정 다이이아몬드 공구(10)를 집속이온빔 가공을 위한 V-type Bite로 형성한 것을 나타내는 평면도 및, 전방 좌, 우측을 C-type Bite으로 형성된 단결정 다이아몬드 공구(10)를 집속이온빔으로 가공할 스케쥴을 나타내는 참고도이며, 도 3은 종래 금속보호층이 없는 단결정 다이아몬드 공구(10)에 집속이온빔을 조사하여 절삭날(11) 가공을 한 것을 나타내는 참고도이며, 도 4a 및 4b는 각각, 보호층 형성단계를 통해 단결정 다이아몬드 공구(10)의 상측면에 금속보호층(20)이 형성된 것을 나타내는 단면도이다.

도 5a 및 5b는 각각, 연삭 성형단계 후 집속이온빔 가공단계의 집속이온빔 조사방법에 있어서, 레스터 스캔(Raster Scan)을 통한 집속이온빔 조사 방법 및, 벡터 스캔(Vector Scan)을 통한 집속이온빔 조사 방법을 나타내는 가공 상태도이고, 도 6a 및 6b는 각각, 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법을 통해 가공된 절삭가공용 단결정 다이아몬드 공구(10)의 최종 형상을 나타내는 평면도 측면도 사시도 및, 및, 절삭날 가공단계 후, 단결정 다이아몬드 공구(10)의 실제 절삭날(11)을 나타내는 참고도이며, 도 7은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에 있어서, 금속보호층(20)이 형성된 다이아몬드 공구(10)의 전방 단부를 나타내는 참고도이다.

또한, 도 8은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에 있어서, 가열 및 메탈 에칭 공정을 통해 금속보호층(20)이 일부 제거된 것을 다이아몬드 공구(10)의 전방 단부를 나타내는 참고도이고, 도 9는 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에 있어서, 절삭날 연마단계가 추가되는 것을 나타내는 가공 순서도이며, 도 10은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에 있어서, 메탈 에칭 공정 후, 정반 연마기 공정 전에, 연삭 가공을 통해 절삭날(11)의 후방 상측면을 소정각도 하향 경사지게 연마가공하는 것을 나타내는 다이아몬드 공구(10)의 단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에 있어서, 정반 연마기 공정을 통해 금속보호층(20)이 모두 제거된 것을 다이아몬드 공구(10)의 전방 단부를 나타내는 참고도이다.

본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게, 집속이온빔에 의한 정밀 절삭날(11) 가공에 앞서 집속이온빔(FIB) 가공이 용이하도록, 단결정 다이아몬드 공구(10)의 전방을 소정 절삭날(11)의 형상에 최대한 근접하게 연삭 성형가공하는 초기 성형 연삭단계와, 상기 초기 성형 연삭단계를 거친 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)의 상측면에 소정 두께의 금속보호층(20)을 형성하는 보호층 형성단계와, 금속보호층(20)이 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)를 집속이온빔으로 성형 가공하는 절삭날 가공단계 및, 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)의 절삭날 상측면에 형성된 상기 금속보호층(20)을 소정온도로 가열하여 소정량 제거하는 보호층 가열제거단계를 포함하여 형성된다.

상기 초기 성형 연삭단계는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 가공 성형에 장시간이 소요되는 집속이온빔 가공단계의 가공 시간을 줄이기 위해, 임의 형상으로 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)를 집속이온빔 조사에 의해 절삭날 형상으로 세부 형상 가공이 용이하도록 소정 형상으로 가공하는 단계로, 먼저, 초정밀 연삭기를 이용해 소정 형상의 다이아몬드 공구(10)의 전방을 소정 폭으로 돌출되게 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공하고, 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공한 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)의 절삭날 돌출부 좌, 우측을 각각 다시 'C'자 형상으로 연삭가공한다.

바람직하게는, 상기 절삭날 돌출부의 폭을 1.2 ~ 1.1 μm가 되게 연삭 가공할 수 있으며, 상기 절삭날 돌출부의 폭이 1.2μm 보다 긴 경우, 차후 집속이온빔 가공시 가공시간이 길어질 수 있고, 집속이온빔 가공시간을 줄이기 위해 상기 절삭날 돌출부의 폭을 최대한 짧게 가공하는 것이 유리할 수 있으나, 폭을 1.1μm 보다 짧게 연삭 가공하려는 경우, 연삭 가공 중 상기 절삭날 돌출부가 파손될 우려가 있으므로, 상기 절삭날 돌출부의 폭을 1.2 ~ 1.1 μm가 되게 연삭 가공하도록 한다.

상기 보호층 형성단계는, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 전방에 상기 절삭날 돌출부가 소정 폭으로 돌출되게 형성된 다이아몬드 공구(10)의 상측면에 진공증착법을 이용하여 소정두께의 금속보호층(20)을 형성하는 단계로, 종래 금속보호층(20)이 형성되지 않은 단결정 다이아몬드 공구(10) 표면에 직접 집속이온빔을 조사하여 단부를 'ㄷ'자 형태의 절삭날(11)로 성형 가공하는 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 'ㄷ'자 형태의 절삭날(11) 형상으로 가공은 가능하나 절삭날(11)(Cutting edge) 부분이 예리하지 못하고 라운드가 생기는데, 이는 집속이온빔의 특성상 가우시안(Gaussian) 형태를 가지고 있기 때문이다. 이에 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에서는, 단결정 다이아몬드 공구(10)의 직각도(edge sharpness)를 높이기 위해 단결정 다이이아몬드의 상측면에 소정두께의 금속보호층(20)을 진공증착법을 이용해 증착시키게 된다.

일반적으로 집속이온빔의 이온 소스로

액체 금속 이온원을 사용하며, 바람직하게는, 본 발명에서는 상기 금속보호층(20)으로 백금(Pt)를 소정두께로 증착시켜

집속이온빔의 조사에 의해 단결정 다이아몬드 공구(10)의 절삭날(11) 단부면이 손상되어 라운드 가공되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

상기 절삭날 가공단계는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 초기 성형 연삭단계를 통해 집속이온빔 가공을 위한 C-type Bite로 연삭 가공된 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)에 집속이온빔을 조사하여 'ㄷ'자 형태의 절삭날(11) 형상으로 가공하는 단계로, 집속이온빔 가공단계에 이용되는 집속이온빔의 이온 소스로는

가 사용될 수 있으며, 가속전압은 30kV, 최소 빔의 분해능은 7nm, 챔버내의 진공도는 8 X

Pa 이하로 유지될 수 있으며, 중첩량은 0 % 내지 50 %의 범위로 사용될 수 있고, 이온빔 전류량은 1.5 pA 내지 60 nA의 범위로 사용될 수 있으며, 체제시간(Dwell Time)은 0.1 usec 내지 0.5 usec의 범위로 실시할 수 있다.

도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)의 'ㄷ'자 형태의 절삭날(11) 형상 가공을 위해 두가지 방법으로 집속이온빔 밀링가공을 실시할 수 있으며, 레스터 스캔(raster scan) 방식은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 한 방향으로 빔을 이동시키면서 밀링 가공하는 방식이며, 벡터 스캔(vector scan) 방식은, 도 5b에 도시된 바와 같이, 이동 경로의 시작점과 끝점을 정의해 연속적으로 빔이 이동하면서 가공하는 방식으로, 바람직하게는, 가공 작업시간을 최소화하기 위해 빔 전류(beam current)를 소정값으로 높여서 백터 스캔방식으로 가공을 수행하고 난 후, 이온빔을 정밀하게 제어하기 위해서 빔 전류(beam current)를 소정값으로 낮추고 레스터 스캔 방식으로 집속이온빔 가공을 실시하도록 한다.

바람직하게는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 절삭가공의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 집속이온빔의 조사시 상기 다이아몬드 공구(10)를 틸팅(tilting)시켜 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)의 여유각을 3°내지 5°의 범위로 형성시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에 있어서, 금속보호층(20)으로 백금을 상기 절삭날(11) 단부면에 증착시키는 경우에 집속이온빔에 의한 라운드 형상 발생은 방지할 수 있으나, 상기 금속보호층(20)이 완전히 제거되지 않은 상태의 다이아몬드 공구(10)를 이용해 절삭 가공하는 경우, 가공면이 매끄럽지못한 불량 가공면이 발생되는 문제점이 있어, 집속이온빔 가공 후, 상기 절삭날(11) 단부면의 상기 백금 금속보호층(21)을 제거되어야 한다.

종래 백금으로 형성된 금속보호층은 질산 등의 강산으로 녹여 제거하였으나, 제거에 장시간이 소요되고 일부 백금 금속 보호층이 잔류하는 문제점이 있었으며, 잔류 백금 금속보호층(21)을 제거하기 위해 초정밀 연삭기를 통한 연삭 가공할 경우, 자칫 다이아몬드 공구(10)의 절삭날(11)을 파손시키는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결할 목적으로, 종래 상기 백금 증착층(21)의 하부면에 니켈 증착층(23)을 형성하고, 상기 니켈(Ni) 증착층(23)과 상기 다이아몬드 공구(10)의 상측면 사이에 크롬(Cr) 증착층(22)을 개재시키고, 질산 등의 강산으로 상기 니켈 및 크롬 증착층(23, 22)을 녹여 보다 용이하게 상기 백금 증착층(21)을 제거하도록 하고 있으나, 이 또한, 제거에 많이 시간이 소요될 뿐만 아니라, 금속보호층(20) 내부 깊숙한 곳에 위치한 니켈 및 크롬 증착층(22, 23)까지 녹이기 힘들어 다시 초정밀 연삭기를 통한 연삭 가공 및 그에 따른 절삭날(11) 파손의 문제점이 여전히 있었다.

이에, 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법에서는, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 금속보호층(20)을 용이하게 제거하기 위해 먼저, 상기 보호층 가열 제거단계에서 상기 단결정 다이아몬드 공구(10)를 소정온도로 가열하여 상기 금속보호층(20)을 융용시켜 소정량 제거하게 되며, 백금으로 상기 금속보호층(20)을 형성한 경우에는 백금의 용융온도인 1750℃로 순간 가열하여 백금 증착층을 대부분 제거하게 된다.

바람직하게는, 상기 보호층 가열 제거단계를 거친 후에는 절삭날 연마단계를 통해 잔류하는 금속보호층(20)을 메탈 에칭(Metal etching)으로 일부 제거하고, 종래 메탈 에칭만으로 금속보호층(20)을 제거하는 것보다 월등히 빠르게 잔류 금속보호층(20)을 제거할 수 있으며, 상기 메탈 에칭 작업 후에는 평평한 상측면을 유지한 상태에서 소정회전수로 회전하는 정반 연마기를 통해, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 절삭날(11)의 상측면에 남아 있는 금속보호층(20)을 완전히 제거하면서 상기 절삭날(11)의 상측면을 다듬을 수 있도록 한다.

바람직하게는, 상기 절삭날 연마단계에서, 상기 메탈 에칭 작업 후, 상기 절삭날(11)을 정반 연마기로 연마 작업을 하기 전에, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 절삭날(11)의 전방 단부에서 후방으로 소정거리 이격된 위치의 상기 절삭날(11) 상측면을 하측으로 소정각도 경사지게 연삭 가공하고, 상기 절삭날(11) 후방의 상측면을 하측으로 소정각도 경사지게 연삭 가공한 후에, 상기 정반 연마기를 통해 상기 절삭날(11)의 전방 상측면에 남아 있는 금속보호층(20)을 완전히 제거하면서 상기 절삭날(11)의 전방 상측면을 다듬 작업함으로써, 상기 절삭날(11)의 전면적을 정반 연마기로 가공할 경우보다, 연마 작업시간을 현저하게 줄일 수 있도록 하고, 절삭날(11) 상측면에 일부 잔류하는 금속보호층(20)의 연마 제거 가공성을 향상시킬 수 있도록 하며, 상기 절삭날(11) 상측면의 표면 조도 및 절삭날(11) 직각도(edge sharpness)를 향상시킬 수 있도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 절삭가공용 다이아몬드 공구(10)의 성형 가공방법은, 회절광학소자 등의 마이크로(Micro)/나노(Nano) 스케일의 미세패턴 형성을 위해 장시간 반복적으로 절삭가공할 수 있는 내마모성이 우수한 단결정 다이아몬드 공구(10)에 초미세 크기의 형상을 용이하게 가공할 수 있고, 단결정 다이아몬드 공구(10)의 형상 가공에 소요되는 시간을 최소화할 수 있으며, 수 마이크로미터급 미세패턴를 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위해 절삭용 공구(10)의 절삭날(11) 직각도(edge sharpness) 가공성을 향상시킬 수 있고,

특히, 집속이온빔 가공을 위해 다이아몬드 공구(10)의 상측면에 증착되는 금속보호층(20)을 용이하게 완전히 제거할 수 있어, 다이아몬드 공구(10)를 이용한 절삭가공의 정밀도를 높이고, 절삭가공 불량률을 현저히 줄일 수 있으며, 종래 연삭 가공을 통한 금속보호층(20) 제거 과정에서 빈번하게 발생 되는 가공 실패율을 최소화할 수 있고, 절삭날(11) 상측면에 일부 잔류하는 금속보호층(20)의 연마 제거 가공성과, 상기 절삭날(11) 상측면의 표면 조도 및 절삭날(11) 직각도(edge sharpness)를 향상시킬 수 있게 된다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 여러 다른 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모들 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

10 : 단결정 다이아몬드 공구 11 : 절삭날
20 : 금속보호층 21 : 백금 증착층
22 : 크롬 증착층 23 : 니켈 증착층

Claims (3)

1. 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법에 있어서,
   초정밀 연삭기를 이용하여 소정형상의 단결정 다이아몬드 공구의 전방을 소정폭으로 뾰족하게 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공하고, 'V'자 형상으로 초기 연삭 가공한 상기 단결정 다이아몬드 공구의 전방 좌, 우측을 각각 다시 'C'자 형상으로 연삭 가공하는 초기 성형 연삭단계;
   상기 초기 성형 연삭단계를 거친 상기 단결정 다이아몬드 공구의 상측면에 진공증착방법을 이용해 소정 두께의 금속보호층을 형성하는 보호층 형성단계;
   상기 보호층 형성단계를 통해 상측면에 금속보호층이 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구에 집속이온빔(Focused Ion Beam)을 조사하여 소정폭으로 돌출되게 절삭날을 가공하는 절삭날 가공단계; 및,
   상기 절삭날 가공단계를 통해 소정폭으로 돌출되게 절삭날이 형성된 상기 단결정 다이아몬드 공구를 소정온도로 가열하여 상기 단결정 다이아몬드 공구의 상측면에 형성된 금속보호층을 소정량 제거하는 보호층 가열 제거단계;를 포함하여 구성되고,
   
   상기 보호층 가열 제거단계를 거친 후, 상기 다이아몬드 공구의 상측면에 소정량 남아있는 금속보호층을 메탈 에칭(Metal etching)으로 제거하고, 상기 메탈 에칭 작업 후에는, 정반 연마기를 통해 소정폭으로 돌출 형성된 상기 절삭날의 상측면에 남아 있는 금속보호층을 완전히 제거하면서 상기 절삭날의 상측면을 다듬는 절삭날 연마단계;를 더 포함하여 구성되며,
   
   상기 절삭날 연마단계에서,
   상기 메탈 에칭 작업 후, 상기 절삭날을 정반 연마기로 연마 작업을 하기 전에, 상기 절삭날의 전방 단부에서 후방으로 소정거리 이격된 위치의 상기 절삭날 후방의 상측면을 하측으로 소정각도 경사지게 연삭 가공하고, 상기 절삭날 후방의 상측면을 하측으로 소정각도 경사지게 연삭 가공한 후에는, 상기 정반 연마기를 통해 상기 절삭날의 전방 상측면에 남아 있는 금속보호층을 완전히 제거하면서 상기 절삭날의 전방 상측면을 다듬는 것을 특징으로 하는 절삭가공용 다이아몬드 공구의 성형 가공방법.
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